Un polímero microscópico en forma de implemento de cocina común podría dar a la industria un control exquisito sobre los recubrimientos.
Los copolímeros de Bottlebrush han sido durante mucho tiempo un tema de estudio para Rafael Verduzco, un ingeniero químico y biomolecular de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice. Ahora, él y sus colaboradores han desarrollado modelos y métodos para refinar los recubrimientos de superficie para fabricarlos, por ejemplo,más impermeable o más conductor.
Los investigadores descubrieron que los cepillos de botella mezclados con polímeros lineales tienden a migrar hacia la parte superior e inferior de una película delgada a medida que se seca. Estas películas, como recubrimientos, son ubicuas en los productos, por ejemplo, como capas impermeables para evitar que los metales se oxiden o las telasde manchas
Cuando ocurre la migración, los polímeros lineales sostienen el centro mientras los cepillos de las botellas son atraídos hacia el aire por encima o hacia el sustrato por debajo. Esto, dijo Verduzco, desacopla efectivamente las propiedades del recubrimiento a granel de sus superficies expuestas.
Los modelos y experimentos computacionales mostraron que las variaciones en el cepillo de botella en sí podrían usarse para controlar las características de la superficie.
Verduzco dijo que los polímeros del cepillo de botella siguen siendo difíciles de fabricar a granel, pero sus usos potenciales son enormes. Las aplicaciones podrían incluir la entrega de medicamentos a través de cepillos de botella funcionalizados que forman micelas, lubricantes, elastómeros blandos, filtros antiincrustantes y superficies que se curan a sí mismos, dijo.
Los detalles aparecen en la revista American Chemical Society macromoléculas .
El laboratorio Rice, con la ayuda de colegas de la Universidad de Tennessee, Knoxville; el Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Houston, caracterizaron varios cepillos de botellas de poliestireno y poli metacrilato de metilo también conocido como PMMA mientras estudiaban las causas de los polímeros.migrar.
Al igual que sus primos macro de cocina así como ciertas flores, los cepillos para botellas consisten en pequeñas cadenas de polímeros que irradian hacia afuera desde una varilla de polímero lineal. Los cepillos para botellas se autoensamblan en una solución, que puede manipularse para ajustar sus propiedades.
Los recubrimientos son omnipresentes, dijo Verduzco. "Si no tuviéramos los recubrimientos correctos, nuestros materiales se degradarían rápidamente", dijo. "Reaccionarían de una manera que no deseamos. Por lo tanto, recubrir una superficie es generalmenteun proceso separado; haces algo y luego tienes que encontrar una manera de depositar un recubrimiento encima.
"Lo que estamos viendo es un tipo de aditivo universal, una molécula que puedes mezclar con lo que sea que estés haciendo que saldrá espontáneamente a la superficie o la interfaz", dijo. "Así es como terminamos usando cepillos para botellas"
Los cepillos de botellas se pueden ajustar variando el número de cadenas laterales, su longitud o la longitud del polímero de la cadena principal, dijo Verduzco. Las cadenas laterales en sí mismas pueden ser de tipo mixto, y se pueden agregar pequeñas moléculas o proteínas a sus grupos terminales.
"La química de estos materiales está lo suficientemente avanzada como para que puedas colocar casi cualquier tipo de polímero como una de estas cerdas en la cadena lateral", dijo. "Puedes ponerlos en un orden diferente"
Los investigadores encontraron que la termodinámica entrópica y entalpica condujo los cepillos de botella casi completamente lejos del interior de las películas y hacia las interfaces a medida que se secaban. Incluso donde los polímeros lineales fueron diseñados para emparejarse con la interfaz de la superficie, los cepillos de botella aún se elevaban a la superficie expuesta.
Verduzco señaló que los hallazgos fueron posibles en el momento del espectrómetro de masas de iones secundario de vuelo adquirido por Rice en 2018 a través de una subvención de la National Science Foundation. El espectrómetro permitió a los investigadores caracterizar no solo la superficie de los recubrimientos bombardeándolos con iones,pero también cómo cambiaron los recubrimientos a medida que las capas microscópicas se eliminaron de arriba hacia abajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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